硕士论文答辩-整体叶轮的三维造型与数控加工仿真研究

整体叶轮的三维造型与 数控加工仿真研究工程领域：机械工程 学校导师：王琨琦 教授 企业导师：吴让利 高级工程师

研究生姓名：李俊涛

1.选题工程背景与应用价值

2. 研究内容

3. 结论

4. 致谢目录 Contents

选题工程背景和应用价值

整体叶轮是中央制冷离心压缩机(工程项目) 的核心部件。结构复杂且对压缩机性能影响大 设计研制周期长、制造工作量大且难度大。因此， 整体叶轮的加工一直是机械加工中长期困扰工 程技术人员的难题。 随着CAD/CAM和数控(NC) 技术迅速发展，我 国已有越来越多的厂家开始采用锻造毛坯后用 多坐标数控加工的方法来加工叶轮，从而使叶 轮的精度和强度均得到较大提高。 然而，精确的几何实体造型是确保叶轮设计 意途和数控加工仿真的必要前提。因此，研究 整体叶轮的三维实体造型具有重要意义和工程 应用价值。

选题工程背景和应用价值整体叶轮相邻叶片的空间较小，而且在径向上 随着半径的减小，通道越来越窄，因此加工叶 轮叶片曲面时除了刀具与被加工叶片之间发生 干涉外，刀具极易与相邻叶片发生干涉；加工

轨迹规划的约束条件比较多，自动生成无干涉刀位轨迹较困难等技术难题。

因此，在多坐标数控机床上加工前通常都要经过仿真， 在此过程中必须解决好整体叶轮数控加工中的过切、

干涉与碰撞、降低生产成本、提高加工效率、优化工艺参数等一系列难题。所以，研究整体叶轮的实体造 型同样具有工程应用价值和重要意义。

研究内容 制订整体叶轮CAD/CAM一体化技术方案

研究内容 基于Pro/E Wildfire2.0实现整体叶轮的三维造型 1.叶片三维造型 读入叶片点 坐标文件并 连接成叶片 样条曲线 应用“扫描混 合”工具绘制 叶片两侧曲面叶片样条曲线 叶片两侧曲面

研究内容 应用“边界 混合工具” 建构叶片上 下表面 应用“边界混 合”工具建造 叶片包络曲面叶片上下表面 叶片包络曲面

研究内容2.轮毂曲面三维造型 读入轮毂曲线 点坐标文件， 建构轮毂样条 曲线，应用 “旋转工具” 建造轮毂曲面 填补轮毂上下 曲面，实体化 轮毂轮毂实体

轮毂曲面

研究内容3.整体叶轮创建 利用“相交工 具”取叶片与 轮毂交线、去 除叶片多余材 料 复制叶片并将 其实体化复制叶片并实体化

取交线 ，去余材

研究内容 利用“阵列工具”阵列叶片 ，创建 叶轮上相关孔，完成整体叶轮造型

将文件保存为Unigrahics(UG格式)文件 以便下一步数控加工仿真

研究内容基于Pro/E Wildfire2.0的整体叶轮三维造型的方法与步骤

研究内容 基于UG的整体叶轮数控仿

真加工研究 基于UG NX6.0的整体叶轮数控加工工艺分 析与参数确定1.整体叶轮数控加工工艺分析 2.五坐标数控机床结构与选择 3.定位与夹紧方案的确定 4.刀具的选择与刀具半径的确定 5.切削用量及非切削移动参数的拟定 6.UG NX6.0可变轴曲面轮廓铣削的方法研究

研究内容 基于UG NX6.0的整体叶轮数控加工仿真校验 与后置处理1. 整体叶轮数控加工路径规划

粗加工叶轮流道曲面；

粗加工叶片曲面； 叶片精加工； 叶轮流道精加工。数控车削成型的毛坯形状

研究内容

叶轮流道粗加工刀具轨迹

叶片粗加工刀具轨迹

流道精加工刀具轨迹

叶片精加工刀具轨迹

研究内容

其余流道粗加工刀具轨迹

其余叶片粗加工刀具轨迹

其余叶片精加工刀具轨迹

其余流道精加工刀具轨迹

研究内容

研究内容

整体叶轮仿真加工2D结果

整体叶轮仿真加工3D结果(未完)

研究内容2. 刀具路径后置处理

本文中直接利用了UG NX6.0系统自带的后 置处理模块获取NC加工程序a.生成的整体叶轮流道粗加工部分NC程序 % N0010 G40 G17 G94 G90 G70 N0020 G91 G28 Z0.0 N0030 T00 M06 N0040 G1 G90 X-1.1715 Y.8417 Z3.3477 A17.965 B85.452 F236.2 S6500 M03 M08 N0050 X-.2398 Y.8189 Z3.2772 N0060 Z2.6472 ……………………………………………………… N7940 Z1.7557 F236.2 N7950 X-.9117 Y1.8066 Z1.8624 N7960 M02 %

研究内容b.生成的整体叶轮流道精加工部分NC程序 略 c.生成的整体叶轮叶片粗加工部分NC程序 略

d.生成的整体叶轮叶片精加工部分NC程序 略

结

论

论文以“中央制冷离心式压缩机研制”课题为背 景主要承担“三元流叶轮三维实体造型与数控加 工仿真”工作，得出以下结论和结果： 1.研究了基于Pro/ENGINEER wildfire 2.0 的参数

化建模方法、行为建模方法和实体特征建模三种常用整体叶轮建模方法的功能和适用场合，为整体叶轮建 模提供理论基础和方法，利用Pro/E wildfire 2.0的 参数化建模方法成功建造叶片曲面，利用实体特征建 模方法成功建造整体叶轮实体模型的，提出了基于

Pro/E的整体叶轮实体特征建模方法和步骤。

结

论

2. 建立UG NX6.0五轴加工仿真的工作流程，提出 基于UG的整体叶轮仿真加工方法和步骤。

3. 制定基于UG NX6.0整体叶轮五轴加工仿真方案，提出主要参数拟定的原则。 4. 应用UG NX6.0对整体叶轮进行刀具轨迹仿真实 验，成功获得无干涉刀具轨迹仿真结果并输出五轴

数控加工的NC程序。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/r3h4.html